大气热力学温度(1)
热力学标准状态
热力学标准状态热力学标准状态是指物质在一定的温度和压力下所处的状态，通常用于研究气体的性质和行为。
在热力学中，标准状态的设定对于研究物质的性质和相互作用具有重要意义。
本文将对热力学标准状态进行详细的介绍，包括其定义、常见的标准状态条件以及在热力学中的应用。
热力学标准状态的定义是指物质在特定的温度和压力下所具有的特定性质。
通常情况下，热力学标准状态的温度为298K（25摄氏度），压力为1标准大气压（1 atm）。
在这种状态下，物质的性质可以被准确地描述和研究，从而为热力学的实验和理论研究提供了便利。
在实际应用中，热力学标准状态常常用于研究气体的性质和行为。
例如，在化学反应的热力学计算中，常常需要将反应物和产物的物质的量从实际条件下转化为标准状态下，以便进行比较和计算。
此外，在工程领域中，热力学标准状态也被广泛应用于燃烧、发电等过程中，以便对能量转化和利用进行准确的分析和设计。
除了常见的298K和1 atm的标准状态外，热力学中还存在其他一些特定的标准状态条件。
例如，在一些特定的研究领域中，可能会采用不同的温度和压力作为标准状态条件，以适应具体的研究需求。
这些特定的标准状态条件在一定程度上扩展了热力学标准状态的适用范围，使其更加灵活和实用。
总之，热力学标准状态在研究物质的性质和行为中具有重要的作用。
通过将物质的性质描述和研究转化为标准状态下进行，可以使得研究更加准确和方便。
同时，热力学标准状态的灵活应用也为研究者提供了更多的选择和可能性，使得研究工作更加丰富和多样化。
希望本文对于热力学标准状态的理解和应用能够有所帮助，也期待在未来的研究中能够进一步发挥其重要作用。
(完整版)第5章大气热力学
2 大气中的干绝热过程
气块概念和基本假定 大气中的干绝热过程
干绝热减温率 位温
干绝热上升时露点变化和抬升凝结高度
2 .1 气块的概念和基本假定
气块或空气微团是指宏观上足够小而微观上含有大量分子 的空气团，其内部可包含水汽、液态水或固态水。 气块（微团）模型就是从大气中取一体积微小的空气块 （或空气微团），作为对实际空气块的近似。
2020/8/18
δQ= Cν dT+pdν
其中Cv是定容比热，v是比容 这是热力学第一定律在气象上的应用形式之一，也 称为热流量方程。
2020/8/18
δQ= cν dT+pdν
ν=RT/p
pdν+νdp=RdT
δQ=（cν +R）dT-vdp
δQ=（cν +R）dT- RTdp/p
在等压情况下，dp=0
距离（常取100米）温度下降（或升高）的数值。
Q Ldqs
c pv dT
RT
dp p
Q
dp dpe g dz
p pe
Rd Te
c pd dT
T Te
gdz
Ldqs
c pv dT
RT
dp p
Ldqs
取c pv c pd
T 1 Te
s
dT dz
g c pd
L c pd
dqs dz
123(T0
Td 0 )(m)
即 Zc≈123（T0-Td0）米
(T0-Td0):地面的温度露点差； 即估算抬升凝结高度Zc是从T0按干绝热上升，与从 Td0按等饱和比湿线上升，两线的交点。 有时误差很大
2020/8/18
3 饱和湿空气的绝热过程
热力学标准状态的温度
热力学标准状态的温度热力学是研究热和能量转化的学科，它在化学、物理、材料学和工程学等领域中都有着广泛的应用。
在热力学中，标准状态是一个非常重要的概念，它用于描述物质在特定条件下的热力学性质。
其中，标准状态的温度是一个至关重要的参数，本文将就此展开讨论。
一、标准状态的定义在热力学中，标准状态是指物质在特定条件下的热力学性质，以此作为比较的基准。
标准状态的定义通常是指在一定压力下，物质的状态为气态，液态或固态，且温度为特定的数值。
这里所说的压力通常是标准大气压，即101.325千帕，而温度则是标准温度，即298.15K（25℃）。
二、标准状态的作用标准状态在热力学中具有重要的作用。
首先，标准状态可以用于比较不同物质的热力学性质。
例如，燃烧热是指燃烧1摩尔物质所释放的热量，如果将不同物质的燃烧热都以标准状态下的数值进行比较，就可以更加客观地评价它们的燃烧性能。
其次，标准状态也可以用于计算热力学函数。
热力学函数是指描述物质在不同条件下的热力学性质的函数，例如焓、熵和自由能等。
这些函数的计算通常都需要以标准状态下的数值为基准，然后通过一定的计算方法来推导出在其他条件下的数值。
三、标准状态的温度标准状态的温度通常是指298.15K（25℃）。
这个数值是根据实验测定得出的，它具有以下特点：1.与常温相近。
298.15K（25℃）的温度与室温相近，因此比较符合实际情况。
2.易于测量。
298.15K（25℃）的温度在实验室中比较容易测量，因此可以减小误差。
3.广泛适用。
298.15K（25℃）的温度可以适用于大多数物质，因此具有广泛的适用性。
需要注意的是，标准状态的温度并不是绝对的，它只是一个约定的数值。
在某些情况下，也会出现使用其他温度作为标准状态的情况，例如在一些高温反应中，会使用1000K作为标准状态的温度。
四、标准状态的应用标准状态在热力学中有着广泛的应用，下面列举几个典型的应用：1.计算燃烧热。
燃烧热是指燃烧1摩尔物质所释放的热量，通常以kJ/mol为单位。
工程热力学概念复习题1 (1)
填空题：1.根据是否有能量传递和物质交换的情况，可以将热力系分为（）热力系和（）热力系。
2.热力系统与外界通过边界进行能量交换和（）交换，而能量交换又可分为（）交换和（）交换。
3.测得容器的表压力p e=75kPa，大气压力p a=0.098MPa，则容器内的绝对压力为（）kPa。
4.测得容器的真空度压力p v=75kPa，大气压力p a=0.098MPa，则容器内的绝对压力为（）kPa。
5.气体的温度为20℃，那么该系统内气体的热力学温度为( )K。
6.气体的温度为-20℃，那么该系统内气体的热力学温度为( )K。
7.理想气体在一热力过程中，其热力学能增加 50J ，同时外界对系统做功为 100J 。
则该热力系统传给外界的热量为 ( ) J 。
8.一稳定流动开口系，从外界吸收热量 500J ，开口系进出口焓差为 300J，则该热力系对外界所作的技术功为( )J。
9.熵可用来对热力过程进行热量分析，在热力过程中如果△s>0,说明该过程是（）的；如果△s< 0,说明该过程是（）的。
10.物体温度升高 1℃所需要吸收的热量称为该物体的（）11.物质由液态转变为气态的相变过程为汽化过程，通常分为（）和（）两种不同的形式。
12.物质由气态转变为液态的相变过程为（）。
13.湿蒸汽是（）和（）的混合物，未饱和湿空气是（）和（）的混合物，饱和湿空气是（）和（）的混合物。
14.当湿蒸汽的干度 x ＝ 0 时，工质全部为( )。
15.当湿蒸汽的干度 x ＝ 1 时，工质为 ( ) 状态。
16.相对湿度是湿空气的绝对湿度和同温度下饱和湿空气的绝对湿度之比。
相对湿度等于0时是（）；等于1时是（）。
17.含湿量d指1kg（）所带有水蒸气的质量。
18.四个基本热力过程，分别是（）过程，（）过程，（）过程，（）过程。
19.在定容过程中，气体吸热，温度（），压力（），熵（）。
20.在定压过程中，气体放热压缩外界对其做功，温度（），熵（）。
第一章 热力学第一定律
对于单位质量工质，
wf pv
流动功是由泵或风机加给被输送工质并随 工质流动向前传递的一种能量，非工质本身具 有的能量。
40
二、开口系统的稳定流动能量方程 在 时间内,
进口质量 m1、 流 速 cf1、 标 高 z1
出口质量 m2、 流 速 cf2、 标 高 z2
稳定流动：
34
（2）示热图 在可逆过程中 单位质量工质与外 界交换的热量可以 用T-s 图（温熵图） 上过程曲线下的面 积来表示。 温熵图也称 示热图
q Tds
1 2
例1-5
35
§1-5
热力学第一定律及其解析式
一、热力学第一定律的实质
热力学第一定律实质就是热力过程中的 能量守恒和转换定律 ，可表述为 ：
W pAdx pdV
对于可逆过程1～2： W
2 1
pdV
30
单位质量工质所作的膨胀功用符号w 表 示，单位为J/kg 或 kJ/kg。
w pdv
膨胀：dv > 0 , w > 0 压缩：dv < 0 , w < 0 (2) 示功图（p-v图） w的大小可以 pv 图上的过程曲线下 面的面积来表示 。 功是过程量而不 是状态量。
w pdv
1
2
31
二、热量与示热图
（1）热量 系统与外界之间依靠温差传递的能量称 为热量。符号：Q ；单位：J 或kJ。 单位质量工质所传递的热量用q 表示，单 位为 J/kg 或 kJ/kg。 热量正负的规定： 系统吸热：q > 0 ; 系统放热：q < 0 。 热量和功量都是系统与外界在相互作用的过 程中所传递的能量，都是过程量而不是状态量
人教版热力学知识点
热学十热现象（一）温度1、温度表示物体的冷热程度温度：温度是用来表示物体冷热程度的物理量；注：热的物体我们说它的温度高，冷的物体我们说它的温度低，若两个物体冷热程度一样，它们的温度亦相同；我们凭感觉判断物体的冷热程度一般不可靠；2、摄氏温度：（1）我们采用的温度是摄氏温度，单位是摄氏度，用符号“℃”表示；（2）摄氏温度的规定：把一个大气压下，冰水混合物的温度规定为0℃；把一个标准大气压下沸水的温度规定为100℃；然后把0℃和100℃之间分成100等份，每一等份代表1℃。
（3）摄氏温度的读法：如“5℃”读作“5摄氏度”；“－20℃”读作“零下20摄氏度”或“负20摄氏度”物态变化：物质在固、液、气三种状态之间的变化；固态、液态、气态在一定条件下可以相互转化。
物质以什么状态存在跟物体的温度有关。
（二）熔化和凝固：1、熔化和凝固现象物质从固态变为液态叫熔化；从液态变为固态叫凝固；2、晶体、非晶体熔化和凝固的区别固体可分为晶体和非晶体；晶体：熔化时有固定温度（熔点）的物质；非晶体：熔化时没有固定温度的物质；晶体和非晶体的根本区别是：晶体有熔点（熔化时温度不变继续吸热），非晶体没有熔点（熔化时温度升高，继续吸热）；3、晶体的熔点熔点：晶体熔化时的温度；同一晶体的熔点和凝固点相同；4、熔化过程中吸热、凝固过程中放热熔化和凝固是可逆的两物态变化过程；熔化要吸热，凝固要放热；晶体熔化的条件：温度达到熔点；继续吸收热量；晶体凝固的条件：温度达到凝固点；继续放热；（三）汽化和液化1、蒸发现象蒸发：在任何温度下都能发生，且只在液体表面发生的缓慢的汽化现象2、影响蒸发快慢的因素（1）、与液体温度高低有关：温度越高蒸发越快（夏天洒在房间的水比冬天干的快；在太阳下晒衣服快干）；（2）、跟液体表面积的大小有关，表面积越大，蒸发越快（凉衣服时要把衣服打开凉，为了地下有积水快干要把积水扫开）；（3）、跟液体表面空气流速的快慢有关，空气流动越快，蒸发越快（凉衣服要凉在通风处，夏天开风扇降温）；3、蒸发过程中吸热及其应用液体在蒸发过程中要吸收热量，所以蒸发可致冷：夏天在房间洒水降温；人出汗降温；发烧时在皮肤上涂酒精降温；4、沸腾现象沸腾：在一定温度下,在液体表面和内部同时发生的剧烈的汽化现象；5、沸点、沸点与压强的关系（1）沸点：液体沸腾时的温度叫沸点；（2）不同液体的沸点一般不同；同种液体的沸点与压强有关，压强越大沸点越高（高压锅煮饭）；液体沸腾的条件：温度达到沸点还要继续吸热；注：沸腾和蒸发的区别和联系：它们都是汽化现象，都吸收热量；沸腾在一定温度下才能进行；蒸发在任何温度下都能进行；沸腾在液体内部、外部同时发生；蒸发只在液体表面进行；沸腾比蒸发剧烈；6、沸腾过程中吸热7、液化现象物质从气态变为液态的现象是液化现象8、液化过程中放热注：液化的方法：（1）降低温度；（2）压缩体积（增大压强，提高沸点）如：氢的储存和运输；液化气；（四）升华和凝华1、升华和凝华现象物质从固态直接变为气态叫升华；物质从气态直接变为固态叫凝华2、升华过程中吸热、凝华过程中放热（1）升华吸热，凝华放热；（2）升华现象：樟脑球变小；冰冻的衣服变干；人工降雨中干冰的物态变化；（3）凝华现象：雪的形成；北方冬天窗户玻璃上的冰花（在玻璃的内表面）注：云、霜、露、雾、雨、雪、雹、“白气”的形成温度高于0℃时，水蒸汽液化成小水滴成为露；附在尘埃上形成雾；温度低于0℃时，水蒸汽凝华成霜；水蒸汽上升到高空，与冷空气相遇液化成小水滴，就形成云，大水滴就是雨；云层中还有大量的小冰晶、雪（水蒸汽凝华而成），小冰晶下落可熔化成雨，小水滴再与0℃冷空气流时，凝固成雹；“白气”是水蒸汽遇冷液化而成的十一内能和热量（一）分子运动理论分子动理论的基本观点(1)物质由分子组成的。
大气热力学
（3）在静力平衡情况下，任意高度z处的气压， 等于该高度单位位截面上所承受的铅直气柱的 重量，这就是气压的静力学意义。即
P gdz
z
A、若海平面（z=0）处气压为p，则由上式 得到：
p0 gdz
0
B、任意单位截面上下界的气压差（p-p）等 于该气层的重量
p1 p2
dp p2 p1 gdz, p2 p1 gdz
PV nR T
*
(3.6)
R P T RT (3.2) M
*
R*：universal gas constant(通用气体常数或 普适气体常数）
R* R m: mass M M: gram-molecular weight, unit: kg/mol n : mole
: density, unit: kg/m3
均质大气的重要特征：
（1）P随Z呈线性递减； （2）T随Z呈线性递减，直减率 r=3.42/100m,是空气产生自动对流的 一个临界值，r可作为判据； （3）随Z不变。 （4）气层上限高度H仅是地面T的函数。
2.isothermal atmosphere(等温大气）
1、概念：气温不随高度变化（ γ =0,即T=常数)的 大气称为等温大气
g Rd
（2.13）
(2.13)多元大气的压高公式。将上式稍加整理得
p z z 0 [1 ( ) p0
多元大气上界高度 由（2.14）知，当 Z
Z
0
T0
A
பைடு நூலகம்
]
(2.14)
0 时，大气上界为
T0
多元大气与等温大气、均质大气的关系
物体的气体的温度与热力学第一定律
物体的气体的温度与热力学第一定律热力学是研究物质能量转化和传递规律的学科，它的核心定律之一就是热力学第一定律，也称为能量守恒定律。
根据热力学第一定律，能量可以从一个系统转移到另一个系统，但总能量守恒。
而物体的气体的温度与热力学第一定律密切相关，本文将就此展开讨论。
一、温度的基本概念与测量方法温度是物体热运动程度的度量，直观地反映了物体内部微观粒子的平均动能。
常见的温度单位包括摄氏度（℃）、华氏度（℉）和开尔文（K）。
其中，开尔文是绝对温度单位，在热力学中使用较为广泛。
测量温度的方法有很多，其中最常见的是使用温度计。
温度计可以根据物体的热胀冷缩特性来测量温度变化。
常见的温度计有水银温度计和电子温度计等。
二、气体状态方程与温度气体状态方程描述了气体的压力、体积和温度之间的关系。
根据热力学第一定律，气体内能的变化与热量和做功有关，而温度则是描述气体内能的重要参量。
理想气体状态方程可以表示为PV = nRT，其中P表示气体的压强，V表示气体的体积，n表示物质的摩尔数，R为气体常数，T表示气体的温度。
根据状态方程可知，在一定压强和体积下，气体的温度越高，其内能也越大。
三、气体的温度测量与热容为了测量气体的温度，我们可以利用热容的概念。
热容是指物体单位温度变化所吸收或释放的热量。
对于气体而言，其热容可以分为定压热容和定容热容。
定压热容（Cp）指的是气体在恒定压力下单位温度变化所吸收或释放的热量。
根据定义，气体定压热容可表示为Cp = q / (m * ΔT)，其中q表示吸收或释放的热量，m表示气体的质量，ΔT表示温度的变化。
类似地，定容热容（Cv）指的是气体在恒定体积下单位温度变化所吸收或释放的热量。
与定压热容不同的是，定容热容可以通过测定气体内能的变化来计算。
四、热力学第一定律与气体的温度变化热力学第一定律的表达式可以表示为ΔU = Q - W，其中ΔU为气体内能的变化，Q为吸热量，W为做功。
根据定义，气体内能的变化可以用温度变化来表示。
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大气热力学温度 thermodynamic temperatures of atmosphere 表征干空气和湿空气热力性质的重要变量。
常用的有虚温、露点、湿球温度、位温和相当位温等。
虚温在气压相等的条件下，使干空气的密度和湿空气的密度相等时，干空气应具有的温度。
这是一种虚拟的温度，称为虚温(T
V
)。
它表示湿空气的一种属性：TV≈T(1+0.61W )
式中W =ρ
V /ρ
d
为混合比,ρ
d
、ρ
V
分别为干空气和水汽的密度（见气象要素）。
空气的水汽含量愈大，W 也愈大。
在一般情况下，虚温仅略高于实测温度，即使在非常暖湿的空气中，也只有几摄氏度的差异。
引入虚温后，比较复杂的湿空气
状态方程，就可以用比较简单的、类似于干空气的状态方程来代替，即P = ρR
d T
V 。
其中ρ是湿空气的密度，R
d
为干空气气体常数。
露点在气压和水汽含量不变的情况下，降低空气温度使其达到饱和状态
时的温度，称为露点，常用T
d
表示。
在温度一定的情况下，空气中的水汽含量愈少，露点愈低，只有在饱和的湿空气中，露点才等于气温，故可利用气温和露点的差值来近似地表示大气中的水汽含量。
湿球温度在系统（空气加水）的气压保持不变并和外界没有热量交换的情况下，纯净的水蒸发到空气中去，使其达到饱和状态时，系统因蒸发冷却而到
达的温度，称为湿球温度,通常用T
w
表示。
在实际工作中,用湿球温度表上的读数代表湿球温度。
该温度表的球部，包着保持浸透了水的纱布，在通风良好的情况下，湿球附近的水分在不断蒸发的过程中吸收周围空气的热量，使周围的气温下降，当湿球附近的空气达到饱和时，湿球温度表的指示剂稳定而不再下降，此时的读数便表示湿球温度。
实际上，这种读数和通风情况有关，所以它只是一种近似于理论上的湿球温度。
空气中的水汽含量愈小，为使空气达到饱和所需蒸发的水分就愈多，所吸收的热量愈大，湿球温度就愈低。
故湿球温度的高低，能反映大气中水汽含量的多寡（湿度的大小）。
气块由某高度干绝热上升，达到饱和之后，再湿绝热下降到原来高度时所具有的温度,称为假湿球温度，通常用
T
sw
表示。
位温将一块干空气绝热地压缩或膨胀到气压等于1000百帕时所具有的温度，称为位温，常用θ表示。
当气块绝热膨胀时，它对外界作功，内能减小，温度下降；反之，气块作绝热压缩时，内能增大，温度升高。
但是气块的位温在干绝热过程中却是守恒的。
对湿空气，气块干绝热上升，达到饱和之后，再湿绝热下降到1000 百帕高度时的温度，称为假湿球位温,通常用θsw表示。
它在等压蒸发和凝结过程中是守恒的。
相当温度在等压情况下，湿空气的水汽全部凝结时，若所释放的潜热全
部用于加热空气，气块所达到的温度，称为相当温度，通常用T
e
表示。
如果未饱和的气块通过干绝热过程移到1000百帕高度，则其相当温度称为相当位温，
通常用θ
e
表示。
如果气块先作干绝热变化，达到饱和之后，再依湿绝热过程上升，直到所有的水汽全部凝结为水而脱离该气块为止，然后将这种已无水汽的干空气干绝热地下降至原来的气压处，气块在这种虚拟的过程中所能达到的温度，
称为假相当温度,用T
se
表示。
若将它用干绝热地移到1000百帕时，其温度称为
假相当位温,用θ
se 表示。
对于干绝热过程和湿绝热过程而言，θ
se
是一种守恒的
量,可以利用它来分析大气的热力性质。